JP6444304B2 - One-way key fob and vehicle pairing - Google Patents

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Description

本願は、概して、車両セキュリティに向けられ、更に具体的には、車両制御ユニットへ送信することができるが車両制御ユニットから受信することができないキーフォブを、その車両制御ユニットとペアリングすることに向けられる。   The present application is generally directed to vehicle security, and more specifically to pairing a key fob that can be transmitted to a vehicle control unit but cannot be received from the vehicle control unit with the vehicle control unit. It is done.

識別子が、ワイヤレスキーフォブ及び車両制御ユニットに、それらのそれぞれの製造業者により又は車両製造業者によりアサインされる。識別子は、認証のために、及び／又はセキュアな初期ペアリングを達成するための信頼性のある伝送のために、用いられる。通信可能なキーフォブ及び車両では、デバイスは、製造又は販売プロセスのいずれかの或る時点でペアリングされる必要がある。ワイヤレスキーフォブとそれぞれの車両とのペアリングには、従来、車両製造業者が、各キーフォブと関連付けられる秘密鍵を、種々の車両ディーラーに伝えることが必要である。秘密鍵は、そのキーフォブを或る車両と関連付けるため又はそのキーフォブと車両とをペアリングするために用いられる暗号鍵である。典型的に、複数のキーフォブが各車両とペアリングされる。設計を簡略化するため及びコストを低減するため、キーフォブは、車両へのワイヤレス送信を実施するが車両から受信することなく、セキュアなペアリングが可能となるようにし得る。   Identifiers are assigned to the wireless key fob and vehicle control unit by their respective manufacturers or by the vehicle manufacturer. The identifier is used for authentication and / or for reliable transmission to achieve secure initial pairing. In communicable key fobs and vehicles, the device needs to be paired at some point in either the manufacturing or sales process. Pairing a wireless key fob with each vehicle conventionally requires the vehicle manufacturer to communicate the secret key associated with each key fob to various vehicle dealers. A secret key is an encryption key used to associate the key fob with a vehicle or to pair the key fob with a vehicle. Typically, multiple key fobs are paired with each vehicle. In order to simplify the design and reduce costs, the key fob may allow secure pairing without performing wireless transmission to the vehicle but receiving from the vehicle.

説明される実施例は、キーフォブ及び車両制御ユニットの識別子を用いて車両及びキーフォブをペアリングするための方法を提供する。識別子は、それらのそれぞれの製造業者により又は車両製造業者によりアサインされる。識別子は、エンティティ認証のため、及びセキュアな初期ペアリングを達成するための信頼性のある伝送のために、用いられ得る。実施例は、車両キーフォブペアリングの前、最中、及び後の、車両製造業者、車両ディーラー、車両制御ユニット、及びキーフォブの間のメッセージ通信を低減するために、デバイス識別子（ＩＤ）を用いる。これは実質的に、そうしなければハッカーにより利用され得るセキュリティ脆弱性を低減する。   The described embodiments provide a method for pairing a vehicle and a key fob using a key fob and vehicle control unit identifier. The identifiers are assigned by their respective manufacturers or by vehicle manufacturers. The identifier can be used for entity authentication and for reliable transmission to achieve secure initial pairing. The embodiment uses a device identifier (ID) to reduce message communication between the vehicle manufacturer, vehicle dealer, vehicle control unit, and key fob before, during, and after vehicle key fob pairing. This substantially reduces security vulnerabilities that could otherwise be exploited by hackers.

キーフォブ及び車両制御ユニットＩＤは、それらのそれぞれの製造業者により又は車両製造業者によりアサインされ、エンティティ認証のため、又はセキュアな初期ペアリングを達成するための信頼性のある伝送のために、用いられる。キーフォブは、（受信ではなく）送信のみが可能であり、車両における制御ユニットと又は任意の他の制御デバイスとペアリングされる。キーフォブ及び制御ユニットＩＤの利用により、認証されていないペアリング、及び後にデバイス間の通信に用いられる動作鍵（ＯｐＫｅｙ）へのアクセスが防止される。本明細書に記載される実施例は、ペアリングの前、最中、及び後の脆弱性を最小化し、通信要件及びペアリングの間の人的関与を低減する。   Key fob and vehicle control unit IDs are assigned by their respective manufacturers or by vehicle manufacturers and used for entity authentication or for reliable transmission to achieve secure initial pairing . The key fob can only be transmitted (not received) and is paired with a control unit in the vehicle or with any other control device. Use of the key fob and the control unit ID prevents unauthorized pairing and access to an operation key (OpKey) used for communication between devices later. The embodiments described herein minimize vulnerabilities before, during, and after pairing, and reduce communication requirements and human involvement during pairing.

本明細書に記載される例において、強いセキュリティ及び効率的な実装に楕円曲線暗号（ＥＣＣ）が用いられるが、他の暗号化手法も用いられ得る。ペアリングプロセスにおいて、デバイスＩＤがエンティティ認証に用いられ、簡単な鍵管理に公開鍵暗号法が用いられる。高速の通常オペレーションのため及びキーフォブ付加又はキーフォブをなくした後の無効化に対処するために対称暗号化が用いられる。   In the examples described herein, elliptic curve cryptography (ECC) is used for strong security and efficient implementation, but other encryption techniques may be used. In the pairing process, the device ID is used for entity authentication, and public key cryptography is used for simple key management. Symmetric encryption is used for high speed normal operation and to deal with invalidation after adding or removing key fobs.

１つ又は複数のキーフォブへの車両のペアリングのためのシステムにおける情報の初期構成及び交換を図示するブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating the initial configuration and exchange of information in a system for pairing a vehicle to one or more key fobs.

ペアリングデバイスを用いる、制御ユニットと選択されたキーフォブとの間の初期ペアリングのためのステップを図示する。FIG. 6 illustrates steps for initial pairing between a control unit and a selected key fob using a pairing device. ペアリングデバイスを用いる、制御ユニットと選択されたキーフォブとの間の初期ペアリングのためのステップを図示する。FIG. 6 illustrates steps for initial pairing between a control unit and a selected key fob using a pairing device. ペアリングデバイスを用いる、制御ユニットと選択されたキーフォブとの間の初期ペアリングのためのステップを図示する。FIG. 6 illustrates steps for initial pairing between a control unit and a selected key fob using a pairing device. ペアリングデバイスを用いる、制御ユニットと選択されたキーフォブとの間の初期ペアリングのためのステップを図示する。FIG. 6 illustrates steps for initial pairing between a control unit and a selected key fob using a pairing device. ペアリングデバイスを用いる、制御ユニットと選択されたキーフォブとの間の初期ペアリングのためのステップを図示する。FIG. 6 illustrates steps for initial pairing between a control unit and a selected key fob using a pairing device.

一実施例に従ってペアリングデバイスによって成されるステップを図示するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating steps performed by a pairing device according to one embodiment.

一実施例に従ってキーフォブによって成されるステップを図示するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating steps performed by a key fob according to one embodiment.

一実施例に従って制御ユニットによって成されるステップを図示するフローチャートである。Fig. 6 is a flow chart illustrating steps taken by a control unit according to one embodiment.

一実施例に従った例示のペアリングデバイスのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary pairing device according to one embodiment.

一実施例に従った例示のキーフォブのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary key fob according to one embodiment.

一実施例に従った例示の制御ユニットのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an exemplary control unit according to one embodiment.

一実施例において、送信可能であるが受信不能であるキーフォブが、車両における制御ユニットとペアリングされる。制御ユニットは、ユーザが、そのキーフォブを用いてリモートで車両ドアの開／閉又はロック／ロック解除などの或るオペレーションを実施することを可能とする。   In one embodiment, a key fob that can be transmitted but not received is paired with a control unit in the vehicle. The control unit allows the user to perform certain operations such as opening / closing or locking / unlocking the vehicle door remotely using its key fob.

図１は、車両を１つ又は複数のキーフォブにペアリングするためのシステムにおける情報の初期構成及び交換を図示するブロック図である。車両製造業者１０１が、固有で秘密の制御ユニット識別子（ＩＤ）１０２を制御ユニット１０３に提供する。制御ユニット１０３は、車両ドアのロック／ロック解除、車両窓の開／閉、車両照明のオン／オフなどを行う制御ユニットなど、車両の中又は外に位置する任意の制御デバイスであり得る。   FIG. 1 is a block diagram illustrating the initial configuration and exchange of information in a system for pairing a vehicle with one or more key fobs. The vehicle manufacturer 101 provides the control unit 103 with a unique and secret control unit identifier (ID) 102. The control unit 103 can be any control device located inside or outside the vehicle, such as a control unit that locks / unlocks the vehicle door, opens / closes the vehicle window, turns on / off the vehicle lighting, and the like.

車両製造業者１０１はまた、制御ユニットＩＤ１０４をディーラー１０５に提供する。制御ユニットＩＤ交換１０４は、セキュアな方式又は非公開方式で成される。ディーラー１０５はまた、システムセキュリティのための制御ユニットＩＤの秘密性を維持するべきである。   The vehicle manufacturer 101 also provides the control unit ID 104 to the dealer 105. The control unit ID exchange 104 is performed in a secure manner or a private manner. Dealer 105 should also maintain the confidentiality of the control unit ID for system security.

本明細書において用いられる例は、車両製造業者１０１及び車両制御ユニットを指すが、制御ユニット１０３は、車庫の扉、ゲート、ホテルエントランスシステム、又は家への遠隔エントリの開／閉などの、車両以外のオペレーションを制御するために用いられ得ることが理解されるであろう。同様に、車両製造業者１０１の代わりに、サードパーティ製造業者、ディーラー、又は再販業者などの他の当事者が制御ユニットＩＤを提供し得る。   The examples used herein refer to the vehicle manufacturer 101 and the vehicle control unit, where the control unit 103 is a vehicle such as a garage door, gate, hotel entrance system, or opening / closing a remote entry to the house. It will be understood that it can be used to control other operations. Similarly, instead of vehicle manufacturer 101, other parties such as third party manufacturers, dealers, or resellers may provide the control unit ID.

キーフォブ製造業者１０６が、固有のキーフォブＩＤ１０７をキーフォブ１０８に提供、ロード、又はインストールする。キーフォブＩＤは秘密に保たれる必要はなく、キーフォブＩＤは、ディーラー１０５などのユーザが、特定のキーフォブ１０８に対しキーフォブＩＤを容易に判定できるようにする一方で、秘密性及び真正性を維持するために生じ得る手順及びコストを完全に無くす。ディーラーは、トランザクション１０９においてキーフォブ製造業者１０６から直接的にキーフォブＩＤを得ることができる。代替として、ディーラー１０５は、トランザクション１１０においてキーフォブ１０８から直接的にキーフォブＩＤを得ることができる。例えば、キーフォブ１０８は、キーフォブＩＤでマーキングされ得る。   The key fob manufacturer 106 provides, loads, or installs a unique key fob ID 107 to the key fob 108. The key fob ID does not need to be kept secret, and the key fob ID maintains confidentiality and authenticity while allowing a user such as the dealer 105 to easily determine the key fob ID for a particular key fob 108. Completely eliminates the steps and costs that can arise. The dealer can obtain the key fob ID directly from the key fob manufacturer 106 in transaction 109. Alternatively, the dealer 105 can obtain the key fob ID directly from the key fob 108 in the transaction 110. For example, the key fob 108 may be marked with a key fob ID.

図１に示すプロセス又は幾つかの他のプロセスを用いて、ディーラー１０５は、秘密の制御ユニットＩＤ及び秘密でないキーフォブＩＤ両方を得る。例えば、ディーラー１０５は、製造業者１０１によって提供される車両を、販売、提供、修理する、フランチャイズ加盟店又はライセンシーであり得る。製造業者１０１が、制御ユニットＩＤを秘密として維持したまま制御ユニットＩＤの交換を可能とする、ディーラー１０５との信頼された関係を有する。ディーラー１０５は、キーフォブＩＤの秘密性を維持する必要性なく、任意のサードバーティー製造業者１０６からキーフォブ及びキーフォブＩＤを得ることができる。   Using the process shown in FIG. 1 or some other process, the dealer 105 obtains both a secret control unit ID and a non-secret key fob ID. For example, dealer 105 may be a franchise merchant or licensee that sells, provides, and repairs vehicles provided by manufacturer 101. The manufacturer 101 has a trusted relationship with the dealer 105 that allows the control unit ID to be exchanged while keeping the control unit ID secret. Dealer 105 can obtain the key fob and key fob ID from any third-party manufacturer 106 without having to maintain the confidentiality of the key fob ID.

一実施例において、キーフォブＩＤ及び制御ユニットＩＤは、８文字の１６進法のワードであり得る。   In one embodiment, the key fob ID and control unit ID may be 8-character hexadecimal words.

図２Ａ〜Ｅは、ペアリングデバイス２０３を用いた制御ユニット２０１と選択されたキーフォブ２０２との間の初期ペアリングを図示し、ペアリングデバイス２０３は、制御ユニット２０１及び／又はキーフォブ２０２とワイヤレスに通信し得る。代替として、ペアリングユニット２０３は、ペアリングプロセスの間、ＵＳＢケーブル又は他のリンクを用いて接続することによるなど、制御ユニット２０１及びキーフォブ２０２の一方又は両方に直接的に接続することが可能とし得る。また、制御ユニット２０１及びキーフォブ２０２は、ワイヤレスに又は直接的に通信し得る。   FIGS. 2A-E illustrate initial pairing between the control unit 201 using the pairing device 203 and the selected key fob 202, and the pairing device 203 is wireless with the control unit 201 and / or the key fob 202. Can communicate. Alternatively, the pairing unit 203 can be directly connected to one or both of the control unit 201 and the key fob 202, such as by connecting using a USB cable or other link during the pairing process. obtain. Also, the control unit 201 and the key fob 202 can communicate wirelessly or directly.

キーフォブ２０２が、キーフォブＩＤに加えて、パスワードスクランブルされた鍵共有（key agreement）プロトコルのために用いることができる公開鍵及び秘密鍵を有し、キーフォブＩＤはパスワードとして機能する。鍵共有プロトコルは楕円曲線暗号（ＥＣＣ）に基づき得る。   In addition to the key fob ID, the key fob 202 has a public key and a private key that can be used for a password scrambled key agreement protocol, and the key fob ID functions as a password. The key sharing protocol may be based on elliptic curve cryptography (ECC).

図２Ａにおいて、ペアリングプロセスの間、ディーラーは、多くの利用可能な未使用のキーフォブの中からキーフォブ２０２を選択し得、これにより実際のキーフォブＩＤが他者に秘密のペアリングのために用いられる。ディーラーはまた、制御ユニット２０１のための制御ユニットＩＤを決定し、制御ユニットＩＤは秘密として保たれる。ディーラーはその後、制御ユニットＩＤ（２０４）及びキーフォブＩＤ（２０５）をペアリングデバイス２０３にインプットする。   In FIG. 2A, during the pairing process, the dealer may select the key fob 202 from among many available unused key fobs so that the actual key fob ID is used for secret pairing with others. It is done. The dealer also determines the control unit ID for the control unit 201, and the control unit ID is kept secret. The dealer then inputs the control unit ID (204) and key fob ID (205) to the pairing device 203.

図２Ｂにおいて、キーフォブ２０２は、キーフォブＩＤでスクランブルされたその公開鍵（２０６）をペアリングデバイス２０３に送る。既に提供されているキーフォブＩＤを用いて、ペアリングデバイス２０３は、メッセージ２０６をスクランブル解除することによりキーフォブの公開鍵を回復する。   In FIG. 2B, the key fob 202 sends its public key (206) scrambled with the key fob ID to the pairing device 203. Using the already provided key fob ID, the pairing device 203 recovers the key fob's public key by descrambling the message 206.

認証されていない、不正な、又は悪意のある第三者が、メッセージ２１６をペアリングデバイス２０３に送信することによって偽のキーフォブ２１２をペアリングプロセスに導入することを試みる可能性がある。この試みは徒労に終わる。なぜならば、その第三者は、ペアリングのためにディーラーにより選択されたキーフォブ２０２のＩＤを知らず、そのため、偽のキーフォブ２１２の公開鍵をスクランブルするために異なるＩＤを用いる必要があるからである。その結果、たとえペアリングデバイス２０３が偽のキーフォブ２１２からメッセージ２１６を受信しても、ペアリングデバイス２０３は、その偽のキーフォブの公開鍵をスクランブル解除することができない。従って、偽のキーフォブ２１２は、ペアリングプロセスに偽のキーフォブ２１２をインプットすることができない。   An unauthorized, unauthorized or malicious third party may attempt to introduce a fake key fob 212 into the pairing process by sending message 216 to pairing device 203. This attempt is hard work. This is because the third party does not know the ID of the key fob 202 selected by the dealer for pairing, and therefore needs to use a different ID to scramble the fake key fob 212 public key. . As a result, even if the pairing device 203 receives the message 216 from the fake key fob 212, the pairing device 203 cannot descramble the public key of the fake key fob. Thus, the fake key fob 212 cannot input the fake key fob 212 into the pairing process.

図２Ｃにおいて、ペアリングデバイス２０３及び制御ユニット２０１は、制御ユニットＩＤから得た又は制御ユニットＩＤから導出されたパスワードにより認証された、ディフィー・ヘルマン鍵交換（２０７）などのＥＣＣベースの鍵共有プロトコルを実行する。ペアリングデバイス２０３及び制御ユニット２０１は、制御ユニットＩＤと互いに認証し、認証された交換２０７を介して暗号鍵（ＤＨｋｅｙ）を生成する。ペアリングデバイス２０３は、メッセージ２０６から以前に回復されたキーフォブの公開鍵を、交換２０７において生成されたＤＨｋｅｙで暗号化する。ペアリングデバイス２０３はその後、暗号化されたキーフォブ公開鍵（２０８）を制御ユニット２０１に送り、制御ユニット２０１は、ペアリングデバイス２０３と共有されるＤＨｋｅｙを用いてキーフォブの公開鍵を回復する。   In FIG. 2C, the pairing device 203 and the control unit 201 are an ECC-based key sharing protocol such as Diffie-Hellman key exchange (207), which is authenticated by a password obtained from the control unit ID or derived from the control unit ID. Execute. The pairing device 203 and the control unit 201 mutually authenticate with the control unit ID and generate an encryption key (DHkey) via the authenticated exchange 207. The pairing device 203 encrypts the public key of the key fob that was previously recovered from the message 206 with the DHkey generated in the exchange 207. The pairing device 203 then sends the encrypted key fob public key (208) to the control unit 201, and the control unit 201 recovers the public key of the key fob using the DHkey shared with the pairing device 203.

認証されていない、不正な、又は悪意のある第三者が、偽のペアリングデバイス２１３を用いることを試みる可能性がある。しかし、偽のペアリングデバイス２１３は、制御ユニット２０１のための秘密の制御ユニットＩＤを知らないため、制御ユニット２０１との認証は失敗し、そのため、共有されたＤＨＫｅｙを生成しない。従って、偽のペアリングデバイスが、制御ユニット２０１へキーフォブをペアリングするために用いられ得ない。   An unauthorized, unauthorized or malicious third party may attempt to use the fake pairing device 213. However, since the fake pairing device 213 does not know the secret control unit ID for the control unit 201, authentication with the control unit 201 fails and therefore does not generate a shared DHKey. Therefore, a fake pairing device cannot be used to pair the key fob to the control unit 201.

図２Ｄにおいて、キーフォブ２０２が、制御ユニット２０１と用いるためのＯｐＫｅｙを選択する。キーフォブ２０２は、ＯｐＫｅｙをその秘密鍵で暗号化する。キーフォブ２０２はまた、ＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値をつくる。キーフォブ２０２は、制御ユニットとの交換を検証する際に用いるためＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値から、８、１６、又は３２最下位ビットなど、多数ビット（検証ビット）を抽出する。キーフォブ２０２は、秘密鍵で暗号化されたＯｐＫｅｙとＡＥＳ−１２８検証ビットを制御ユニット２０１に送る（２０９）。   In FIG. 2D, the key fob 202 selects an OpKey for use with the control unit 201. The key fob 202 encrypts the OpKey with the secret key. Key fob 202 also creates an OpKey AES-128 OpKey encrypted value. The key fob 202 extracts a number of bits (verification bits), such as 8, 16, or 32 least significant bits, from the OpKey AES-128 OpKey encrypted value for use in verifying exchange with the control unit. The key fob 202 sends the OpKey encrypted with the secret key and the AES-128 verification bit to the control unit 201 (209).

制御ユニット２０１は、メッセージ２０８においてペアリングデバイス２０３によって提供されたキーフォブの公開鍵を用いてＯｐＫｅｙを解読する。制御ユニット２０１は、抽出されたＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値を演算し、ＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値から多数ビットを抽出する。制御ユニット２０１によりつくられたこれらのビットは、ＯｐＫｅｙの解読された値が正しかったことを検証するため、キーフォブ２０２から受信した検証ビットと比較される。   The control unit 201 decrypts the OpKey using the key fob's public key provided by the pairing device 203 in the message 208. The control unit 201 calculates the extracted OpKey AES-128 OpKey encrypted value and extracts a number of bits from the OpKey AES-128 OpKey encrypted value. These bits created by the control unit 201 are compared with the verification bits received from the key fob 202 to verify that the OpKey decrypted value was correct.

認証されていない、不正な、又は悪意のある第三者が、制御ユニット２０１とペアリングするために偽のキーフォブ２１２を用いることを試みる可能性がある。しかし、偽のキーフォブ２１２は、ペアリングデバイス２０３に搬送されたその公開鍵を得ていないため、偽のキーフォブ２１２が、制御ユニット２０１に送られたその公開鍵を有することは決してない。その結果、偽のキーフォブ２１２がその秘密鍵で暗号化された偽のＯｐＫｅｙを送るとき、制御ユニット２０１は、適切な対応する公開鍵なしに偽のＯｐＫｅｙを解読することはできない。従って、偽のキーフォブが制御ユニット２０１とペアリングすることはできない。   An unauthorized, unauthorized or malicious third party may attempt to use the fake key fob 212 to pair with the control unit 201. However, since the fake key fob 212 has not obtained its public key conveyed to the pairing device 203, the fake key fob 212 will never have its public key sent to the control unit 201. As a result, when the fake key fob 212 sends a fake OpKey encrypted with its private key, the control unit 201 cannot decrypt the fake OpKey without the appropriate corresponding public key. Therefore, a fake key fob cannot be paired with the control unit 201.

図２Ｅに図示するように、制御ユニット２０１との初期ペアリングの後、キーフォブ２０２は、そのキーフォブＩＤと秘密鍵を削除し得る。これは、認証されていない第三者が、それらの値にアクセスすること、及びそれらを用いて認証されていないキーフォブを制御ユニット２０１とペアリングするよう試みることを防止する。また、これは、キーフォブ２０２が他のデバイスとペアリングすることを防止する。   As illustrated in FIG. 2E, after initial pairing with the control unit 201, the key fob 202 may delete its key fob ID and secret key. This prevents unauthorized third parties from accessing those values and attempting to pair an unauthorized key fob with the control unit 201 using them. This also prevents the key fob 202 from pairing with another device.

図３は、一実施例に従ってペアリングデバイスによって成されるステップを図示するフローチャートである。ステップ３０１において、ペアリングデバイスは制御ユニットＩＤを受け取る。制御ユニットＩＤは、認証されていないユーザがキーフォブを制御ユニットにペアリングできないように、実行可能な最大源まで秘密に保たれるべきである。一実施例において、制御ユニットＩＤは、製造業者又はベンダーから入手可能であるが、制御ユニット自体から直接的に決定され得ない。ステップ３０２において、ペアリングデバイスはキーフォブＩＤを受け取る。キーフォブＩＤは、キーフォブデバイス自体により又はキーフォブ製造業者又はベンダーにより提供され得る。   FIG. 3 is a flowchart illustrating the steps performed by the pairing device according to one embodiment. In step 301, the pairing device receives a control unit ID. The control unit ID should be kept secret up to the maximum feasible source so that unauthorized users cannot pair the key fob with the control unit. In one embodiment, the control unit ID is available from the manufacturer or vendor, but cannot be determined directly from the control unit itself. In step 302, the pairing device receives a key fob ID. The key fob ID may be provided by the key fob device itself or by the key fob manufacturer or vendor.

ステップ３０３において、ペアリングデバイスは、キーフォブＩＤでスクランブルされた、キーフォブの公開鍵を受け取る。ステップ３０４において、ペアリングデバイスは、ステップ３０２において受信したキーフォブＩＤを用いて、ステップ３０３において受信した情報をスクランブル解除することにより、キーフォブの公開鍵を回復する。キーフォブのＩＤを有するデバイスのみが、スクランブルされた公開鍵を回復することができる。ペアリングデバイスが、キーフォブをランダムに選択する及び／又はキーフォブの大きなグループからキーフォブを選択する場合、スクランブルされた公開鍵の認証されていないレシーバは、公開鍵を回復するためにどのキーフォブＩＤを用いるかを知らないことになる。   In step 303, the pairing device receives the key fob public key scrambled with the key fob ID. In step 304, the pairing device uses the key fob ID received in step 302 to recover the key fob's public key by descrambling the information received in step 303. Only the device with the key fob ID can recover the scrambled public key. If the pairing device randomly selects a key fob and / or selects a key fob from a large group of key fobs, the unauthenticated receiver of the scrambled public key uses which key fob ID to recover the public key. You will not know if you are.

ステップ３０５において、ペアリングデバイスは、認証のため制御ユニットＩＤを用いて制御ユニットとの共有された鍵を生成する。一実施例において、共有された鍵はディフィー・ヘルマン鍵交換を用いて生成される。ステップ３０６において、ペアリングデバイスは、キーフォブの公開鍵を共有された鍵で暗号化し、それを制御ユニットに送る。キーフォブは、その公開鍵をペアリングデバイスのみに送るため、制御ユニットは、ペアリングデバイスを介してのみ公開鍵を得ることができる。また、キーフォブの公開鍵は、ペアリングデバイスに送られるときキーフォブＩＤでスクランブルされ、制御ユニットに送られるとき共有された鍵で暗号化されるため、外部オブザーバーが、この付加的な情報を知ることなくキーフォブの公開鍵を得ることはできない。   In step 305, the pairing device generates a shared key with the control unit using the control unit ID for authentication. In one embodiment, the shared key is generated using a Diffie-Hellman key exchange. In step 306, the pairing device encrypts the public key of the key fob with the shared key and sends it to the control unit. Since the key fob sends its public key only to the pairing device, the control unit can obtain the public key only via the pairing device. Also, the key fob public key is scrambled with the key fob ID when sent to the pairing device and encrypted with the shared key when sent to the control unit, so the external observer knows this additional information. You can't get a key fob's public key.

図４は、一実施例に従ってキーフォブによって実行されるステップを図示するフローチャートである。ステップ４０１において、キーフォブは、その公開鍵をキーフォブＩＤでスクランブルする。ステップ４０２において、キーフォブは、スクランブルされた公開鍵をペアリングデバイスに送る。ペアリングデバイスはその後、本明細書に記載するように、公開鍵をスクランブル解除し、それを制御ユニットに渡す。   FIG. 4 is a flowchart illustrating the steps performed by the key fob according to one embodiment. In step 401, the key fob scrambles the public key with the key fob ID. In step 402, the key fob sends the scrambled public key to the pairing device. The pairing device then unscrambles the public key and passes it to the control unit as described herein.

ステップ４０３において、キーフォブはＯｐＫｅｙを選択し、ステップ４０４において、ＯｐＫｅｙをそのキーフォブの秘密鍵で暗号化する。ステップ４０５において、キーフォブは、ＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値を生成する。ステップ４０６において、キーフォブは、暗号化されたＯｐＫｅｙとＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値の選択されたビットとを制御ユニットに送る。   In step 403, the key fob selects the OpKey, and in step 404, the OpKey is encrypted with the secret key of the key fob. In step 405, the key fob generates an OpKey AES-128 OpKey encrypted value. In step 406, the key fob sends the encrypted OpKey and the selected bits of the OpKey AES-128 OpKey encrypted value to the control unit.

図５は、一実施例に従って制御ユニットによって成されるステップを図示するフローチャートである。ステップ５０１において、制御ユニットは、認証のため制御ユニットＩＤを用いてペアリングデバイスとのＥＣＣベースの鍵共有を実行する。ステップ５０２において、制御ユニットは、ペアリングデバイスからキーフォブの公開鍵を受け取り、この公開鍵は共有された鍵で暗号化されている。   FIG. 5 is a flowchart illustrating the steps performed by the control unit according to one embodiment. In step 501, the control unit performs ECC-based key sharing with the pairing device using the control unit ID for authentication. In step 502, the control unit receives the key fob's public key from the pairing device, and the public key is encrypted with the shared key.

ステップ５０３において、制御ユニットは、キーフォブからＯｐＫｅｙを受け取り、このＯｐＫｅｙはキーフォブの秘密鍵を用いて暗号化されている。ステップ５０４において、制御ユニットは、キーフォブからＯｐＫｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値の選択されたビットを受け取る。   In step 503, the control unit receives an OpKey from the key fob, which has been encrypted using the key fob's private key. In step 504, the control unit receives selected bits of the OpKey AES-128 OpKey encrypted value from the key fob.

ステップ５０５において、制御ユニットは、ステップ５０２においてペアリングデバイスから受信したキーフォブの公開鍵を用いてＯｐＫｅｙを解読する。ステップ５０６において、解読されたＯｐＫｅｙを用いて、制御ユニットは、ＯｐｋｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値をつくる。最終的に、ステップ５０７において、制御ユニットは、ＯｐｋｅｙのＡＥＳ−１２８ ＯｐＫｅｙ暗号化された値からのビットを、ステップ５０４においてキーフォブから受信した選択されたビットと比較する。   In step 505, the control unit decrypts the OpKey using the public key of the key fob received from the pairing device in step 502. In step 506, using the decrypted OpKey, the control unit creates an Opkey AES-128 OpKey encrypted value. Finally, in step 507, the control unit compares the bits from the Opkey AES-128 OpKey encrypted value with the selected bits received from the key fob in step 504.

図４及び図５で概略を示したプロセスに続いて、キーフォブ及び制御ユニットはいずれも、ＯｐＫｅｙの値を有し、これは、キーフォブと制御ユニットとの間のオペレーションのために用いることができる。キーフォブと制御ユニットとの間のオペレーションの一例は、２０１３年８月１６日に出願された同時係属中の米国特許出願、出願番号第１３，９６９／１３３号、発明の名称「一方向キーフォブ及び車両ペアリング検証、保持、及び無効化」に開示されており、当該出願の開示は全体として参照のためこの出願に組み込まれている。   Following the process outlined in FIGS. 4 and 5, both the key fob and the control unit have a value of OpKey, which can be used for operations between the key fob and the control unit. An example of operation between a key fob and a control unit is described in co-pending U.S. patent application filed Aug. 16, 2013, application number 13,969 / 133, entitled "One-way key fob and vehicle". Pairing verification, retention, and invalidation ", the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.

図６、図７、及び図８は、本明細書に記載される種々の例に従った、それぞれ、例示のペアリングデバイス６００、キーフォブ７００、及び制御ユニット８００のブロック図を示す。これら３つのデバイス、即ち、ペアリングデバイス６００、キーフォブ７００、及び制御ユニット８００、は各々、プロセッサ（６０１、７０１、８０１）、メモリ（６０２、７０２、８０２）、及びトランシーバ又はトランスミッタ（６０３、７０３、８０３）を含み得る。これらのデバイスのプロセッサは、ペアリングプロセスの間成される、公開鍵スクランブル又はスクランブル解除演算、認証演算、共通の秘密鍵生成演算、公開鍵又はＯｐＫｅｙ暗号化又は解読演算、及びＯｐＫｅｙ検証値演算を実施するために用いられ得る。プロセッサは、標準的なＣＰＵ、マイクロコントローラ、低電力デジタルシグナルプロセッサなどであり得、短時間で複雑な演算を実行することが可能であり得る。   6, 7 and 8 show block diagrams of an exemplary pairing device 600, key fob 700, and control unit 800, respectively, according to various examples described herein. These three devices, the pairing device 600, the key fob 700, and the control unit 800, are respectively a processor (601, 701, 801), a memory (602, 702, 802), and a transceiver or transmitter (603, 703, 803). These device processors perform public key scrambling or descrambling operations, authentication operations, common secret key generation operations, public key or OpKey encryption or decryption operations, and OpKey verification value operations that are performed during the pairing process. Can be used to implement. The processor may be a standard CPU, microcontroller, low power digital signal processor, etc., and may be capable of performing complex operations in a short time.

デバイスのメモリは、それらのそれぞれに関連付けられる公開及び秘密鍵ペアをストアするために用いられ得る。代替として又は付加的に、これら３つのデバイスのメモリは、それら自体の又は他のデバイスのＩＤをストアするために用いられ得る。例えば、ペアリングデバイス６００は、ペアリングシーケンスを開始する前にキーフォブＩＤ及び制御ユニットＩＤ両方をストアし得る。メモリは、フラッシュメモリ又はＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性ストレージデバイスであり得る。   The device's memory can be used to store public and private key pairs associated with each of them. Alternatively or additionally, the memory of these three devices can be used to store their own or other device IDs. For example, the pairing device 600 may store both the key fob ID and the control unit ID before initiating the pairing sequence. The memory may be a non-volatile storage device such as flash memory or EEPROM.

これら３つのデバイスのためのトランシーバは、有線（図示せず）、ワイヤレス、又はその両方が可能であり得る。トランシーバは、初期構成ステップ及び初期ペアリングステップの間、デバイスＩＤ、公開鍵、及び／又はスクランブルされた又は暗号化されたデータを通信するためにこれらのデバイスにより用いられ得る。キーフォブにより、リモートエントリ、及び車両又は他のデバイスの制御が可能となり、それらの伝送のため、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＬＦ、又はＵＨＦなどのワイヤレス技術を用い得る。デバイスは、初期ペアリングプロセスの間、ワイヤを介して通信することも可能であり得る。キーフォブトランスミッタ７０３は、送信のみが可能であり、ペアリングデバイス６００又は制御ユニット８００から信号を受信しない。   The transceivers for these three devices may be wired (not shown), wireless, or both. The transceiver may be used by these devices to communicate device IDs, public keys, and / or scrambled or encrypted data during the initial configuration and initial pairing steps. Key fobs allow remote entry and control of vehicles or other devices, and wireless technologies such as Bluetooth, LF, or UHF may be used for their transmission. The device may also be able to communicate over the wire during the initial pairing process. The key fob transmitter 703 can only transmit and does not receive a signal from the pairing device 600 or the control unit 800.

当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。   Those skilled in the art will appreciate that variations can be made to the described exemplary embodiments and that many other embodiments are possible within the scope of the claims of the present invention.

Claims (14)

システムであって、
第１のデバイスであって、
動作鍵と公開鍵と秘密鍵と第１の識別子とを記憶する第１のメモリであって、前記動作鍵と公開鍵と秘密鍵の各々が前記第１のデバイスに関連し、前記第１の識別子が前記第１のデバイスを識別する、前記第１のメモリと、
前記第１の識別子を用いて前記公開鍵をスクランブルする第１のプロセッサと、
前記第１の識別子と前記スクランブルされた公開鍵とを送信する第１のトランスミッタと、
を含む、前記第１のデバイスと、
第２のデバイスであって、
前記第１の識別子と前記スクランブルされた公開鍵とを受信する第１のトランシーバと、
前記公開鍵を回復するために、前記第１の識別子を用いて前記スクランブルされた公開鍵をアンスクランブルする第２のプロセッサと、
前記受信した第１の識別子と前記公開鍵とを記憶する第２のメモリと、
を含む、第２のデバイスと、
第３のデバイスであって、
前記第３のデバイスを識別する第２の識別子を記憶する第３のメモリと、
前記第２の識別子を前記第２のデバイスに送信する第２のトランシーバと、
を含む、前記第３のデバイスと、
を含み、
前記第２の識別子が前記第２のメモリに記憶され、前記第２のプロセッサが、共有される暗号化鍵を生成するために前記第３のデバイスと共に鍵共有プロトコルを実行し、前記鍵共有プロトコルが前記第２の識別子を用いる認証のために実行され、前記共有される暗号化鍵が前記第２のメモリと前記第３のメモリとに記憶される、システム。 A system,
A first device comprising:
A first memory for storing an operation key, a public key, a secret key, and a first identifier, wherein each of the operation key, the public key, and the secret key is associated with the first device; The first memory, wherein an identifier identifies the first device;
A first processor that scrambles the public key using the first identifier;
A first transmitter for transmitting the first identifier and the scrambled public key;
The first device comprising:
A second device comprising:
A first transceiver for receiving the first identifier and the scrambled public key;
A second processor that unscrambles the scrambled public key with the first identifier to recover the public key;
A second memory for storing the received first identifier and the public key;
A second device comprising:
A third device,
A third memory for storing a second identifier for identifying the third device;
A second transceiver for transmitting the second identifier to the second device;
And including, the third devices,
Including
The second identifier is stored in the second memory, and the second processor executes a key sharing protocol with the third device to generate a shared encryption key, and the key sharing protocol There the runs for the second authentication Ru using an identifier, encryption key that is the shared is stored in said third memory and said second memory, system. 請求項１に記載のシステムであって、
前記鍵共有プロトコルが楕円曲線暗号に基づく、システム。 The system of claim 1 , comprising:
A system wherein the key agreement protocol is based on elliptic curve cryptography. 請求項２に記載のシステムであって、
前記楕円曲線暗号に基づく鍵共有プロトコルがディフィー・ヘルマン鍵共有である、システム。 The system of claim 2 , comprising:
A system in which the key agreement protocol based on the elliptic curve cryptography is Diffie-Hellman key agreement. 請求項１に記載のシステムであって、
前記第２のプロセッサが、前記共有される暗号化鍵を用いて前記公開鍵を暗号化し、前記第２のトランシーバが前記暗号化された公開鍵を前記第２のデバイスから前記第３のデバイスに送信する、システム。 The system of claim 1 , comprising:
The second processor encrypts the public key using the shared encryption key, and the second transceiver transfers the encrypted public key from the second device to the third device. Send the system. 請求項４に記載のシステムであって、
前記第３のデバイスの第２のトランシーバが前記暗号化された公開鍵を受信し、前記公開鍵を回復して前記第３のメモリに前記公開鍵を記憶するために第３のプロセッサが前記第３のメモリに記憶された前記共有される暗号化鍵を用いて前記暗号化された公開鍵を解読する、システム。 5. The system according to claim 4 , wherein
A third processor receives the encrypted public key, recovers the public key, and stores the public key in the third memory by a second processor of the third device; 3. Decrypting the encrypted public key using the shared encryption key stored in the memory of 3. 請求項５に記載のシステムであって、
前記第１のデバイスがキーフォブデバイスであり、前記第２のデバイスがペアリングデバイスであり、前記第３のデバイスが車両の制御ユニットである、システム。 6. The system according to claim 5 , wherein
The system wherein the first device is a key fob device, the second device is a pairing device, and the third device is a vehicle control unit. 請求項６に記載のシステムであって、
前記キーフォブデバイスが、前記第１のトランスミッタによって送信するが伝送を受信できない一方向デバイスである、システム。 The system according to claim 6 , comprising:
The system, wherein the key fob device is a one-way device that transmits by the first transmitter but cannot receive transmissions. 方法であって、
ペアリングデバイスを用いて、
キーフォブデバイスからキーフォブ識別子と前記キーフォブ識別子に基づいてスクランブルされたスクランブルされたキーフォブ公開鍵とを受信し、
前記キーフォブ公開鍵を回復するために、前記キーフォブ識別子を用いて前記スクランブルされたキーフォブ公開鍵をアンスクランブルし、
共有される暗号化鍵を生成するために、制御ユニットに関連する制御ユニット識別子により認証された鍵共有プロトコルを実行し、
前記共有される暗号化鍵を用いてキーフォブ公開鍵を暗号化し、
前記暗号化されたキーフォブ公開暗号鍵を前記制御ユニットに送信する、
ことを含む、方法。 A method,
Using a pairing device
Receiving a key fob identifier from the key fob device and a scrambled key fob public key scrambled based on the key fob identifier;
Unscrambles the scrambled key fob public key with the key fob identifier to recover the key fob public key;
Execute a key sharing protocol authenticated by a control unit identifier associated with the control unit to generate a shared encryption key;
Encrypting the key fob public key using the shared encryption key;
Sending the encrypted key fob public encryption key to the control unit;
Including the method. 請求項８に記載の方法であって、
前記制御ユニットを用いて、
前記ペアリングデバイスにより送信された前記暗号化されたキーフォブ公開鍵を受信し、
前記キーフォブ公開鍵を回復するために、前記共有される暗号化鍵を用いて前記暗号化されたキーフォブ公開鍵を解読し、
前記制御ユニットのメモリに前記キーフォブ公開鍵を記憶する、
ことを更に含む、方法。 The method according to claim 8 , comprising:
Using the control unit,
Receiving the encrypted key fob public key sent by the pairing device;
Decrypting the encrypted key fob public key with the shared encryption key to recover the key fob public key;
Storing the key fob public key in the memory of the control unit;
The method further comprising: 請求項９に記載の方法であって、
前記制御ユニットを用いて、
前記制御ユニットにおいてキーフォブデバイスから、キーフォブ秘密鍵を用いて暗号化された動作鍵である、暗号化された動作鍵を受信し、
前記動作鍵を回復するために、前記制御ユニットの前記メモリに記憶された前記キーフォブ公開鍵を用いて前記暗号化された動作鍵を解読する、
ことを更に含む、方法。 The method of claim 9 , comprising:
Using the control unit,
Receiving an encrypted operation key, which is an operation key encrypted using a key fob private key, from the key fob device in the control unit;
Decrypting the encrypted operation key using the key fob public key stored in the memory of the control unit to recover the operation key;
The method further comprising: 請求項１０に記載の方法であって、
前記制御ユニットを用いて、
前記キーフォブデバイスから、前記動作鍵のＡＥＳ暗号化された値からの第１の選択されたビットに対応する検証ビットを受信し、
前記動作鍵のＡＥＳ暗号化された値を得るために、前記制御ユニットにおいて前記動作鍵をＡＥＳ暗号化し、
前記動作鍵を検証するために、前記第１の選択されたビットに対応する、前記動作鍵のＡＥＳ暗号化された値の第２の選択されたビットを前記検証ビットと比較し、
前記検証ビットが前記第２の選択されたビットと調和するときに前記キーフォブデバイスを前記制御ユニットとペアリングする、
ことを更に含む、方法。 The method of claim 10 , comprising:
Using the control unit,
Receiving from the key fob device a verification bit corresponding to a first selected bit from the AES encrypted value of the operational key;
In order to obtain an AES encrypted value of the operation key, the operation key is AES encrypted in the control unit;
Comparing a second selected bit of the AES encrypted value of the operation key corresponding to the first selected bit with the verification bit to verify the operation key;
Pairing the key fob device with the control unit when the verification bit matches the second selected bit;
The method further comprising: 請求項１１に記載の方法であって、
前記動作鍵をＡＥＳ暗号化することがＡＥＳ−１２８暗号化を用いることを含む、方法。 The method of claim 11 , comprising:
The method, wherein AES encrypting the operational key includes using AES-128 encryption. 請求項１１に記載の方法であって、
前記第１及び第２の選択されたビットが、前記動作鍵のＡＥＳ暗号化された値の所定の数の最低次ビットに対応する、方法。 The method of claim 11 , comprising:
The method wherein the first and second selected bits correspond to a predetermined number of least significant bits of the AES encrypted value of the operational key. 請求項８に記載の方法であって、
前記鍵共有プロトコルが楕円曲線暗号に基づく、方法。 The method according to claim 8 , comprising:
A method wherein the key agreement protocol is based on elliptic curve cryptography.
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